為熱軋304不銹鋼管生產企業設計在線測厚測徑系統，一方面可以起到推動國內管材測厚技術發展的作用。 304不銹鋼管企業投資，以低成本確保強大的產品競爭力。詳細介紹在線測厚測徑技術在304不銹鋼管生產領域的應用。
目前，韓國304不銹鋼管的年生產能力約為2800萬噸，是世界第一大304不銹鋼管生產國。 304不銹鋼管，特別是熱軋鋼管在線測厚測徑設備系統。目前，我國熱軋鋼管在線測厚測徑設備系統大多依賴進口，但一些大型304不銹鋼管基地（如天冠、包鋼、寶鋼、橫鋼等）實力較強. 進口支持這套設備除了他們引進的軋線機組外，其他機組現在大多采用人工測量。 304不銹鋼管壁厚和外徑人工檢測的缺點很明顯，除了勞動強度大，隨機檢測，檢測點有兩個以上，檢測精度低外，人工檢測可以等到管子冷卻后再進行。運行一定時間后，即可進行測量，測量結果反饋給操作人員后，已生產出多根測量結果相同的鋼管，滯后現象非常明顯。因此，開發研制304不銹鋼管在線測厚測徑系統顯得尤為必要。
本項目是專為熱軋304不銹鋼管生產廠家設計的在線測厚測徑系統。系統采用伽馬射線測厚技術，在線實時檢測管材厚度變化，CCD光學成像技術，在厚度或外徑值超過允許偏差值時，實時在線檢測管材外徑變化，系統可自動發出聲光報警，同時輸出控制信號，實現軋機閉環自動控制。
1 在線測厚系統技術方案
該項目主要由以下幾部分組成：一是射線測厚儀，由電離室、輻射源和放大電路組成，用于測量管道的厚度；二是雙CCD。由兩組光學線陣CCD鏡頭（由內置DSP單片機組成）和用于檢測管道外徑的背景光源組成的測徑儀，第三個為水冷原位測量儀（電離室、放射源和CCD透鏡等）用于冷卻的循環系統；第四是氣路處理系統；用于清除和轉移來自現場測量設備的放射性的源；第五個是中心站主機柜，包括測量主機系統、系統電源和接線。六是數據庫服務器，建立歷史數據數據庫，完成數據的存儲、查詢、統計、顯示和打印等。功能，第七是終端機完成遙測屏幕顯示和參數設置。
2 在線測厚系統工藝流程
本項目集成管材測厚裝置和管徑測量裝置，完成管材生產線的多用途測量，同時提供反饋信號，實現軋制生產線的閉環控制。
2.1 射線測厚儀
2.1.1 測量原理
放射源和電離室上下放置，以便測量對象在它們之間通過。輻射穿透測量對象，部分輻射被吸收，未被吸收的部分被射入電離室，使內部的氣體電離并產生電流。電流經微電流放大器放大成電壓信號，再轉換成隔離的0mA-20mA電流信號發送給主機。測量原理如圖2所示。根據理論推導，管道厚度與其他因素的關系如下： T=(1/) Ln(V0/V) (1) 其中T 為厚度， 為材料密度，V0 為零電壓（即無測量），V為被測電壓（即有測量目標時的電壓值），Ln為自然對數。
為保證伽馬射線測厚儀在實際使用中的測量精度，需要同時對式（1）進行吸收校正、密度校正、溫度校正和實際校正。由于管子和板的形狀不同，應進行外徑修正和位置偏心修正。修改后的公式（1）變為公式（2）。 T={(1/)Ln(V0/V)+CU}(1+C)(1+CT)(1+Cd)(1+Cw)(1+Cb)(2) 其中： CU 是吸收曲線的線性修正值C 為密度修正值CT 為溫度修正值Cd 為外徑修正值Cw 為位置偏心修正值Cb 為實際修正修正值T 為穿過整個管道的光束界面最終壁厚為T1/2（單壁厚）?？梢钥吹街笖礣1/2=T/2厚度與測量信號沒有嚴格的關系。另外，由于管子幾何形狀的特殊性與板相比，管厚測量的復雜性高于板厚測量的復雜性。采用工業控制計算機和高性能數據采集處理卡組成智能測厚儀。該軟件以Winxp操作系統為平臺，使用Access建立各種校準參數表和一個小型數據庫，用于存儲生產過程的歷史數據?；诖?，系統可以實現查表方式來反映厚度值。這意味著該數據集可用于模擬任何形狀的曲線，在測量過程中自動完成各種校準計算，提高測量精度。在生產實踐中，在積累了大量經驗數據，得到各種條件下的校準曲線后，通過數據庫管理系統存儲了各種材料、各種管道在各種工藝條件下的校準參數表，可應用于各種在線自動化測量
2.1.2 高靈敏度電離室
選擇電離室作為厚度測量裝置的關鍵部件非常重要。電離室檢測器的技術要求是：
(1)檢測效率和靈敏度。為了達到40mm以上304不銹鋼管的最大可測壁厚（雙壁厚，即實際穿透壁厚80mm以上），探測器的檢測效率必須很高。這里，探測效率是指高能電磁輻射光子進入探測器敏感區域后產生二次電子的概率。同時，當噪聲幅度和輻射水平相同時，探測器靈敏度與信號輸出范圍成正比，因此應選用與Cs137一致的高膨脹壓力和高原子序數氣體成分的電離室探測器輻射源。被選中。
(2) 響應時間。電離室檢測器的響應時間是滿足硬件采樣率和程序設計要求所必需的。熱軋在線鋼管運行速度可達5m/s，A/D采樣周期程序可達5ms，電離室檢測器響應時間可達1ms3ms左右。
(3)可靠性和工作壽命。該項目測量系統主要用于冶金熱軋現場，檢測儀必須具有較強的耐受惡劣環境的能力，同時具有高可靠性和長使用壽命。
2.1.3 信號處理單元
前端放大電路采用美國ADI公司生產的軍用級超低輸入偏置電流靜電荷運放，性能優良。數據采集卡采用臺灣研華PCI-1710L數據采集卡，信號輸入采用差分輸入方式，消除共模電壓噪聲對測量精度的影響。信號處理采用式(3)的算法，對于每個計時單位tj，可得到平均電壓Vj為Vj=ki=j-k+1vi/ki=j-k+1tij=k, k+1 ,K+2,k+n(3) 其中ti 是第i 個計時單位，vi 是計時單位中的第i 個電壓值。顯然，根據公式（3）計算電壓平均值的算法，只要t值足夠?。ㄈQ于項目的采樣頻率要求）就可以達到連續測量的效果。一個k值（根據物品的測量選擇所需的精度）可以達到延長測量時間和減少統計誤差的目的。
2.2 雙線陣CCD測徑儀
2.2.1 立體視覺測量原理
由于一個CCD在成像時“幾乎大和非常小”，僅從捕獲的圖像中無法知道到測量目標的距離，從而導致由于管子位置的變化而導致較大的測量誤差。該項目嘗試使用兩個CCD 鏡頭同時測量管道。兩個CCD就像人眼一樣，可以形成立體視覺，因此可以獲得足夠的信息來確定被測管道位置的變化。根據管道位置校正變化校正幾何誤差并消除距離變化對測量的影響。理想光學系統的成像公式： (1) 成像的幾何關系。物像公式：1l'+1l=1f 其中f為焦距，l為物距，l'為像距。物距公式：l=bB+1f 其中B是物面的寬度，b是像面的探測器寬度。 (2) 修正雙鏡頭立體視角因物距變化引起的誤差。圖3為雙鏡頭立體視角導致物距變化的誤差校正圖。如如圖3所示，B為物寬，b為像寬，l為物距，l為被測物在CCD1光軸上的位置變化， b為CCD1中物距的變化，像寬變化量。當被測鋼管由紅色位置變為藍色位置時，CCD1物距的變化l可以計算為CCD2中心位置的變化l'。 l=l'/sin 可以計算出圖像。寬度根據圖像公式變化：b=l(b+B)/L
2.2.2 線陣CCD 傳感器
TCD1503D線陣CCD傳感器由日本東芝公司制造，有效光敏元件5000個，像點尺寸7m，總測量長度35mm，驅動頻率高達20MHz。 CCD傳感器的輸出信號是一系列離散電壓信號，每個離散電壓信號的大小取決于感光器件接收到的光強，信號輸出的順序對應CCD的位置順序。感光單元。線陣CCD傳感器測量所需的光積分時間TSH與入射光的強度、光敏單元的數量和驅動頻率有關，如果入射光的強度足夠，所需的積分時間取決于光敏劑的數量。細胞和驅動頻率。為了加快測量速度，必須減少積分時間。對于選定的CCD，可以提高驅動頻率，但如果驅動頻率太高，則CCD傳感器的性能會下降?？紤]到傳感器的性能和測量時間，線性CCD 驅動時鐘為10 MHz，CCD 照明積分時間TSH 需要至少為0.5 ms。
2.2.3 CCD 信號采集和處理的工作原理
通過在測頭上放置數字信號處理器（DSP），利用DSP的快速運算能力完成數據采集和數據處理，直接計算外徑值，響應時間短，處理速度快.信號采集處理的工作原理如圖4所示。
CCD光采樣的光積分啟動控制信號由DSP產生。對于每個TSH時間，DSP定時器產生一個中斷，輸出寬度為10s、TSH周期（TSH=0.5ms）的CCD光積分控制信號SH。 SH信號的下降沿啟動CCD的光積分，同時CCD輸出最后一次光積分的信號。 DSP定時器中斷用于產生CCD光積分控制信號SH，因此CCD光積分時間TSH可在可接受的光強范圍內靈活調整。 MAX1419(15-bit 80Ms/sADC)工作在WR-RD模式，SH信號的下降沿啟動ADC采樣時鐘電路，產生10MHz AD采樣啟動信號WR(脈寬50ns)，每個輸出4096 CCD。做。光積分有效調光單元信號進行1組AD采樣（共4096次），當所有ADC轉換完成時產生中斷，采樣結果存入cy7c4255（8K18BITFIFO）。 FIFO 為半滿(4K)。然后它會產生一個中斷，將4K 數據存儲在DSP 的RAM 中進行處理。 CPU 可以使用以下一組照明積分時間處理數據：這不僅簡化了軟件設計，而且無需每次都使用中斷方式存儲A/D轉換結果，不中斷CPU操作，最大限度地提高處理能力。因此，可以實現高速、高精度的視頻采集和信號處理。鏡頭與主機的接口采用RS-422串行通訊，鏡頭與主機的距離可達1.2km。
2.3 背景光源
如果測量管的溫度沒有達到800C或管子邊緣發黑，則不能使用被測物體的紅外光直接測量，必須使用背景光源來保證測量精度。由于直徑規采樣率高，對背景光源的要求比較高，通常采用兩三個超亮熒光燈和一個高頻電子鎮流器來消除閃爍。
2.4 應用軟件
計算機采用臺灣研華生產的工控計算機，軟件以Winxp為操作系統平臺，以VisualC++和VisualBasic為開發語言，編譯出人性化的人機界面，以曲線和圖形的形式顯示。數字，并顯示相同的屏幕。同時，測量數據存儲在服務器數據庫中。數據包括每根鋼管的生產時間、批號、序號、平均、最大、最小厚度和外徑，厚度和外徑測量曲線。由于鋼管的厚度和外徑曲線包含數千個點，因此將這些數據存儲在數據庫中以備將來檢索。為加快查詢速度，將鋼管基礎數據和曲線詳細數據分開存放在兩個數據庫中。工控機內置網卡，通訊協議符合TCP/IP協議，實現與上位機及終端的通訊和遠程技術支持。
3 結論
本項目是專為國內熱軋304不銹鋼管生產線設計的在線測厚測徑系統，是一款在線智能檢測儀。使用該系統測量鋼管的外徑和厚度，優點是降低工人勞動強度，實時測量每根鋼管的外徑和厚度，另一個是實現整根鋼管的外徑測量測厚及連續測厚，多達數千個檢測點，三、熱軋鋼管外徑、厚度可即時在線顯示，四、同時輸出控制信號，實現閉-軋機循環自動控制，五、完工歷史數據查詢系統，方便產品質量跟蹤和海外認證。因此，使用該系統測量鋼管的直徑和厚度，可以有效地提高產品的成品率，降低生產成本，為生產過程的自動化打下良好的基礎。同時，系統可與上位機通訊，上傳生產過程中的相關數據，為生產管理現代化提供更好的平臺。在線測厚測徑系統的開發，一方面可以促進國內管材測厚技術的發展，另一方面可以使我國304不銹鋼管企業實現產品的低價競爭。投資實力。
